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LEI DE OHM - VERIFICAÇÃO EXPERIMENTAL

 

13/09/2011

Autor y Coautor(es)
DANIEL RODRIGUES VENTURA
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VICOSA - MG COL DE APLICACAO DA UFV - COLUNI

Edson Luis Nunes; José Ângelo de Faria; José Higino Dias Filho

Estructura Curricular
Modalidad / Nivel de Enseñanza Disciplina Tema
Ensino Fundamental Final Ciências Naturais Tecnologia e sociedade
Educação Profissional Controle e Processos Industriais Técnico em Mecatrônica
Ensino Médio Física Equipamentos elétricos e telecomunicações
Ensino Médio Física Oscilações, ondas, óptica e radiação
Educação Profissional Controle e Processos Industriais Técnico em Eletrônica
Educação de Jovens e Adultos - 2º ciclo Ciências Naturais Visões de mundo
Educação Profissional Controle e Processos Industriais Técnico em Eletrotécnica
Educação Profissional Controle e Processos Industriais Técnico em Eletroeletrônica
Datos de la Clase
O que o aluno poderá aprender com esta aula
  • Relacionar como a corrente que atravessa um resistor ôhmico varia em função da diferença de potencial aplicada. 
  • Determinar a resistência pelo gráfico da tensão em função da corrente.
  • Induzir a lei de Ohm e sua validade. 
  • Como relacionar num sistema cartesiano a tensão em função da corrente e realizar a interpretação do mesmo.
Duração das atividades
100 min
Conhecimentos prévios trabalhados pelo professor com o aluno

Corrente elétrica.

Diferença de potencial.

Estudo teórico da lei de Ohm.

Estratégias e recursos da aula

Vamos estudar a Lei de Ohm, realizando uma simulação virtual.

Para este estudo, o professor usará um simulador virtual de circuito simples. Neste circuito contém resistores , fontes de tensão e medidores de corrente.
Nas atividades aqui propostas será utilizado um circuito virtual que pode ser obtido no banco de objetos educacionais do MEC.

Atividade 1. 

Testando a corrente que atravessa um resistor, quando se varia a tensão. 

  Circuito Virtual

  • Nesta atividade será usado o recurso a seguir, "circuitos elétricos", para simular um circuito simples, onde se varia a tensão e mede a corrente que atravessa um resistor.
  • Com o circuito virtual deste recurso, basta o professor usar uma sala de computação.
  • Os alunos podem ser distribuídos nos computadores do laboratório de informática ou o professor pode realizar a atividade prático demonstrativa numa sala de projeção.
  • Cada grupo executor deve seguir as etapas abaixo utilizando o recurso a seguir.
  • Durante a atividade, cada  grupo deve ir passando pelas etapas e questões que seguem, para posteriormente socializarem com os demais colegas da turma, sob a orientação do professor.

 

   

Etapas da simulação de Lei de Ohm:

  1. Primeiro baixe o recurso "Circuitos elétricos" do Portal do Professor para os computadores que irá utilizar.

  2. Inicialmente teste como inserir os elementos do circuito. 

  3. Abra o recurso circuitos elétricos e com o mouse puxe um fio da barra branca vertical da direita e solte na área azul.

  4. Puxe outros componentes , bateria , lâmpada, chave e adicionando os fios que necessitar para interligar os componentes do circuito,  monte o circuito que desejar.

  5. Monte primeiro o circuito da figura 1. Veja que ele funciona quando a chave é fechada e para de movimentar as cargas quando a chave está aberta. 

  6. Na figura 1, o retângulo em preto branco representa uma bateria de 9,0 Volts, que é a fonte de tensão.  
     
  7. Os fios condutores aparecem na cor laranja e as bolinhas cinzas representam as cargas que se movimentam nos condutores, neste caso, os elétrons.
     
  8. Tem-se também neste circuito a lâmpada (que será o resistor) e uma chave que, quando acionada, permite a movimentação das cargas e a consequente passagem de corrente pelo medidor.
     
  9. Nesta primeira simulação, figura 1, as cargas ainda não se movem, pois a chave está aberta, por isso a lâmpada fica apagada.  
 

Circuito 1 aula Leide Ohm 

Figura 1. Lâmpada ligada a uma bateria de 9 volts. Imagem do recurso educacional "Circuitos Elétricos". 

 

  1.  Quando a chave é fechada no circuito da figura 1, o que ocorre com as cargas nos fios?
  2. Observe como fica a lâmpada, representado na figura 2.

Resposta esperada: Agora as cargas se movem e a lâmpada agora aparece acesa na figura 2, pois os elétrons ao atravessarem o filamento da lâmpada colidem com as imperfeções  do material e o aquece a uma temperatura suficientemente alta, capaz de produzir luz visível. 
 

Circuito 2 aula Leide Ohm

 

Figura 2. Com a chave ligada a lâmpada acende. Imagem do recurso educacional "Circuitos Elétricos".


  1. Monte o circuito da figura 3, acrescentando um voltímetro, instrumento para medir a tensão que está submetida a lâmpada, quando se usa uma bateria apenas.
  2. Monte o circuito da figura 3, acrescentando um amperímetro, instrumento para medir a corrente que atravessa o fio que está em série com a lâmpada, quando se usa uma bateria apenas.
  3. Qual o valor observado para a medida de tensão?

    Resposta esperada: Verifica-se uma tensão de 9,0 V. Simultaneamente, a medida da  corrente que passa pelo filamento da lâmpada, é medida, acrescentando um amperímetro no fio,
    veja a figura 3 a seguir,  verifica-se um valor de 0,9 A .

Circuito 3 aula Leide Ohm

Figura 3. Medidas da corrente (0,90 A) e da tensão (9,00 Volts) que está submetida a lâmpada do circuito. Imagem do recurso educacional "Circuitos Elétricos".

  1. Acrescente ao circuito outra bateria, como na figura 4.
  2. Para acrescentar outra bateria, clique com o botão direto do mouse sobre o fio que esta ligando o lado direito da bateria e o remova.
  3. Adicione a nova bateria.
  4. Adicione outro fio para ligar o circuito. 
  5. Observe o que aconteceu com a tensão medida pelo voltímetro e com a corrente no amperímetro.

     Resposta esperada: O voltímetro registra agora 18,0 V e o amperímetro 1,80 A. 

     
  6.  A corrente aumentou, diminuiu ou permaneceu como estava? 

    Resposta esperada: aumentou de 0,90 A para 1,80, ou seja, duplicou quando se dobrou a voltagem. 

     
  7. A tensão nos terminais da lâmpada aumentou diminuiu ou permaneceu como estava? 

    Resposta esperada: aumentou de 9,0 V para 18,0 V , ou seja dobrou.
     
  8.  A tensão e a corrente são grandezas proporcionais? Por que? 

    Resposta esperada: Sim, pois aumentaram na mesma proporção.
     
  9. O que pode ser feito para triplicar a corrente em relação ao valor inicial?

    Resposta esperada: Colocar três baterias em série, ou seja, aumentar a tensão de  9,0 V para 18,0 V. 

 

Circuito 4 aula Leide Ohm

Figura 4. Aumentando a tensão do circuito, acrescentando outra bateria. As medidas de corrente aumentaram para 1,80 A e da tensão para 18,00 Volts,
fazendo com que a lâmpada brilhe ainda mais. Imagem do recurso educacional "Circuitos Elétricos".

  

  1. Acrescente ao circuito uma terceira bateria, ligando-a em série com as outras duas e veja como ficam os valores de corrente e voltagem, como mostra na figura 5. 

     
  2. Já é possível notar um comportamento entre corrente e voltagem?

    Resposta esperada: sim, sempre que um aumenta o outro aumenta na mesma proporção , logo são grandezas proporcionais.
     
  3. É possível escrever uma equação de proporcionalidade?

    Resposta esperada: sim, V é proporcional à corrente, como será observado na próxima atividade.

 

 

 

Circuito 5 aula Leide Ohm

Figura 5. O circuito com 3 baterias ligadas em série. Neste circuito os valores de corrente e voltagem crescem ainda mais. Imagem do recurso educacional "Circuitos Elétricos".

Agora que foram finalizadas as etapas desta primeira atividade, o professor deve promover a socialização dos resultados obtidos. O professor deve pedir aos alunos que um dos alunos do grupo apresente os resultados obtidos nas etapas aos demais alunos e a seguir completar a tabela proposta na atividade 2.

 

Atividade 2 

Nesta atividade, os alunos devem realizar as montagens virtuais e variando a tensão para obter a corrente que atravessa as lâmpadas, ou seja os resistores.
Monte o circuito virtual simples com duas lâmpadas em série, ligadas inicialmente a uma pilha. Adicione o medidor de corrente em série com as lâmpadas e um voltímetro em paralelo.

  1. Analise o circuito montado que é o  circuito da figura 6, com duas lâmpadas, um voltímetro, instrumento para medir a tensão que está submetida as lâmpadas, quando se usa uma bateria apenas.
     
  2. No circuito da figura 6, além do voltímetro, foi adicionado um amperímetro, instrumento usado para medir a corrente que atravessa o fio que está em série com as lâmpadas.
     
  3. Faça a leitura do  valor observado para a medida de tensão e da corrente no circuito. Qual foi o valor?

    Resposta esperada: Verifica-se uma tensão de 9,0 V. Simultaneamente, a medida da  corrente que passa pelo filamento da lâmpada, é medida, acrescentando um amperímetro no fio  verifica-se um valor de 0,45 A .
     
  4. Transfira este valor para a tabela a seguir. 
     
  5. Monte outro  circuito,  acrescentando outra bateria em série com a que está na figura 6.
     
  6. Para acrescentar outra bateria, clique com o botão direto do mouse sobre o fio que está ligando o lado direito da bateria e o remova.
     
  7. Adicione a nova bateria.
     
  8. Adicione outro fio para fechar  o circuito. 
     
  9. Registre na linha B da tabela a seguir, o valor obtido para tensão e corrente nos medidores do novo circuito. 
     
  10. Modifique o circuito  acrescentando uma terceira bateria em série com as que já estavam até o momento.
     
  11. Registre na linha C da tabela a seguir, o valor obtido para tensão e corrente nos medidores do ultimo circuito.

 

circuito 6

Figura 6. Circuito com duas lâmpadas em série ligadas a uma fonte de tensão de 9 V, uma chave, um medidor de corrente ligado em série com as lâmpadas
e um voltímetro ligado em paralelo com as lâmpadas. Imagem obtida do recurso "Circuito simples". 

Completando a Tabela 

 

Complete a tabela de dados com os valores obtidos na simulação acrescentando outras baterias na montagem da figura 6 e obtendo  na atividade 1. 

 

 

Tabela de Tensão em função da corrente
Circuito  Tensão em Volts  Corrente em Ampéres 
     A - Figura 6                           9 V                                   0,45 A
     B-                          ....... V  
     C-                          ....... V   

 

Construindo um gráfico de Tensão versus corrente. 

 

Com os dados obtidos da tabela, os alunos devem também construir um gráfico de tensão em função da corrente elétrica.

O professor deve pedir aos alunos, que construam o gráfico de Tensão versus corrente, como esquematizado na Figura 7. Coloque os valores de corrente no eixo horizontal e os valores de tensão no eixo vertical e construa o gráfico com os pontos da tabela anterior, que são os resultados do experimento virtual com o recurso do portal do professor "circuitos elétricos". 

 

 

gráfico v x I lei de OHM
 

Figura 7. Gráfico de tensão versus corrente. 

 

Atividade 3 

O professor deve agora conduzir uma análise a partir dos resultados obtidos nas etapas anteriores e verificar o comportamento linear da Tensão versus Corrente.

Analisando os resultados 

O professor deve pedir que observem o gráfico e a partir dele entendam o comportamento da tensão em função da corrente. 

Questões que conduzirão a conclusão da atividade:

  1. Pelo gráfico construído na figura 6, pode-se observar uma proporcionalidade entre a tensão e a corrente?
    Resposta esperada: Sim, pois quando a tensão dobra a corrente dobra e quando a tensão triplica a corrente triplica, ou seja , são grandezas físicas diretamente proporcionais. 

     
  2. O gráfico observado foi uma reta, uma parábola ou uma hipérbole?
    Resposta esperada: Uma reta, mostrando que a dependência entre os dois é linear e pode ser representada pela equação de uma reta que passa pela origem, do tipo Y=  a . X
    .
     
  3. A reta descrita pelo gráfico, dá uma indicação de comportamento linear e a constante de proporcionalidade é a resistência, como pode-se obter o valor da resistência a partir do gráfico?
    Resposta esperada: No gráfico Tensão (U) e Corrente (I) são as grandezas proporcionais e correspondem, respectivamente, aos eixos  y e x no gráfico de uma reta Y = a X, onde a é a inclinação da reta, logo, a inclinação
    no gráfico U x I representa o valor da resistência da lâmpada colocada no circuito.

     
  4. Como podemos escrever a equação que relaciona Tensão (U) , a corrente (I) e a resistência (R)?
    Resposta esperada: Podemos escrever a equação por U = R.I , está é a lei de OHM e é válida somente para resistores que apresentam comportamento linear entre corrente e tensão, allguns resistores tem inicialmente um comportamento ôhmico e quando a corrente vai aumentando ele deixa de ser ôhmico, pois perde a linearidade.  

     
Recursos Educacionais
Nome Tipo
Circuitos elétricos Animação/simulação
Recursos Complementares

Vídeo aula sobre a lei de Ohm :

http://www.mundovestibular.com.br/articles/7308/1/Leis-de-OHM-e-Resistores-Video-Aula/Paacutegina1.html

Uma aula que apresenta o comportamento linear da corrente versus tensão pode ser acessada neste portal em :

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=994

Outra aula neste mesmo portal e do mesmo autor desta, com um maior detalhamento, podendo ser aplicada antes da presente aula é a:

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=23260

Avaliação

 

Após este estudo o aluno deve saber:
  • Como a corrente que atravessa um resistor ôhmico varia em função da diferença de potencial aplicada. 
  • Verificar se o resistor é ôhmico, observando o gráfico da tensão em função da corrente.
  • Dar exemplo de circuitos em que o resistor tem comportamento ôhmico.
  • Saber calcular a resistência de um resistor pelos dados de corrente e tensão no circuito.
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